ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2004, том 98, № 5, с. 42-52
СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ^^^^^^^^^^ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ
УДК 669.15-194.53:539.388.2:539.25
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЭВТЕКТОИДНОЙ СТАЛИ У8 ПОСЛЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ДЕФОРМАЦИИ. II. ДЕФОРМАЦИЯ В АУСТЕНИТНОМ СОСТОЯНИИ
© 2004 г. И. Л. Яковлева*, Л. Е. Карькина*, Ю. В. Хлебникова*, В. М. Счастливцев*, В. Н. Урцев**, С. А. Морозов**, В. Н. Дегтярев**
*Институт физики металлов УрО РАН, 620219 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18 **ОАО "ММК", ИТЦ "Аусфер" и ФНиО "Интлес", Магнитогорск Поступила в редакцию 26.01.2004 г.
Методом электронной микроскопии с применением g ■ ^-анализа исследована структура углеродистой эвтектоидной стали У8 после горячей деформации кручением в интервале температур 900-750°С. Экспериментально показано, что дислокационная структура деформированного аустенита наследуется структурными составляющими перлита при последующем фазовом превращении (в большей степени цементитом, чем ферритом). Наблюдение высокой плотности дислокаций в це-ментитной составляющей перлита указывает на то, что большая часть наследуемых дислокаций является неподвижными.
ВВЕДЕНИЕ
В первой части настоящей работы была исследована микроструктура методом оптической микроскопии, механические свойства и характер излома стали У8 после различных температурно-деформационных режимов обработки. Было показано, что в исследуемых образцах углеродистой стали в зависимости от выбранного режима высокотемпературной деформации может формироваться либо перлитная структура, либо смешанная, состоящая из перлита и мартенсито-бейнит-ных участков. Для образцов, деформированных выше температуры фазового перехода (900-750°С), образование смешанной (перлит + мар-тенсито-бейнитные области) или полностью перлитной структуры определяется главным образом временем последеформационной изотермической выдержки при 650°С. Также показано, что в образцах со смешанной структурой объемная доля перлитной составляющей увеличивается от центра к периферии образца. Изучение механических свойств образцов с полностью перлитной структурой показало, что значения аВ и а02 мало зависят от режимов деформации и близки к литературным данным для прочностных свойств сталей со структурой грубопластинчатого перлита [1, 2]. Однако пластические характеристики исследованных образцов значительно понижаются после всех используемых в данной работе режимов термомеханической обработки.
Известно, что регулируемое термопластическое упрочнение аустенита является одним из основных методов воздействия на характер последующего
перлитного превращения. При термомеханической обработке стали чаще всего применяется двухступенчатая технологическая схема, включающая в себя деформацию и последеформационную паузу в у-состоянии. После такой обработки в стали образуется мелкое рекристаллизованное зерно в результате динамической и последующей статической рекристаллизации [1]. При понижении температуры и увеличении скорости деформации размер зерна будет уменьшаться, плотность дислокаций возрастать. В обычных технологических схемах наклеп аустенита снимается в процессе рекристаллизации. В этом случае высокотемпературная деформация не влияет на последующее перлитное превращение. Когда последеформаци-онная пауза исключена, наклепанное аустенит-ное зерно сохраняется вплоть до температуры фазового перехода, что дает возможность проследить, происходит ли наследование субструктуры деформированного аустенита продуктами последующего фазового превращения.
Настоящая работа посвящена электронно-микроскопическому исследованию микроструктуры эвтектоидной стали У8 после деформации в аусте-нитном состоянии при температуре 750 и 900°С. Металлографическое исследование показало, что после таких режимов деформации образуется либо перлитная, либо смешанная мартенсито-пер-литная структура [4]. Особое внимание в работе уделено изучению дислокационной структуры це-ментитной и ферритной составляющих перлита, а также особенностями формирования мартенсита.
Таблица 1. Температурно-деформационные режимы обработки образцов стали У8
№ образца Температура деформирования, °С Скорость деформирования, с-1 Степень деформации, £ Последеформаци-онный отпуск при 650°С, с Соотношение структурных составляющих
1 900 0.018 1.3 150 П
2 750 0.018 2.6 120 П
3 750 0.2 2.6 120 П
4 900 0.2 0.11 150 П
5 750 0.018 1.3 120 П
6 900 0.018 0.022 60 П + 40 %М
7 900 0.2 1.3 150 П
8 900 0.018 1.3 110 П + 10 %М
Примечание. В последней колонке: П - перлит; М - мартенсит. Объемная доля мартенсита в структуре определялась методом количественной металлографии.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование проводили на образцах углеродистой эвтектоидной стали У8, содержащей 0.85% С, 0.43% Мп, 0.20% 81, 0.07% Сг, 0.06% N1, 0.010% Р, 0.032 Б.
Деформацию образцов осуществляли кручением на пластомере торсионного типа [3]. Методика эксперимента подробно описана в части I настоящей работы [4]. Температурно-деформационные режимы обработки представлены в табл. 1.
Тонкую структуру горячедеформированной стали изучали электронно-микроскопическим методом с использованием микроскопа 1БМ-200СХ при ускоряющем напряжении 160 и 200 кВ. Фольги для электронно-микроскопических исследований изготовляли по стандартным методикам. Во всех образцах рассматривали структурные изменения в зоне, расположенной примерно на середине радиуса образца. Кристаллографические характеристики дефектов в структурных составляющих перлита определяли с помощью g ■ ¿-анализа [5]. При индицировании серии электронно-микроскопических изображений, относящихся к фиксированному микрофрагменту, индексы плоскости обратной решетки выбирались в соответствии с реализовавшимся конкретным вариантом ориентационных соотношений (о.с.) между ферритом (ф) и цементитом (ц), а именно, для о.с. Питча-Петча (П-П):
[ 100 ] ц-2.6 ° от < 311) ф; [ 010 ]ц - 2.6 ° от < 131) ф; [ 001 ] ц || < 215) ф, для о.с. Багаряцкого:
[ 100]ц ~|| < 101)ф; [010]ц 11 < 111)ф;
[001 ]ц ~ || < 121)ф.
(1)
Более подробно методика индицирования элек-тронограмм представлена в [6].
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
Металлографическое исследование структуры стали У8 после горячей деформации при температуре 750 и 900°С показало, что после разных режимов деформации в образцах образуется либо перлитная, либо смешанная мартенсито-перлит-ная структура (см. часть I настоящей работы [4]). Далее в тексте номера образцов будут указаны в соответствии с табл. 1.
На рис. 1 и 2 представлена типичная микроструктура перлита стали У8 после деформации в ау-стенитном состоянии. На рис. 1 показан стык двух перлитных колоний в образце № 4, деформированном при температуре 900°С. Можно отметить, что граница между двумя перлитными колониями широкая, извилистая, нечеткая, имеет размытый контраст. Видна повышенная плотность дислокаций в ферритной составляющей вблизи границы
(2)
Рис. 1. Типичная структура перлита в эвтектоидной стали У8 после деформации при температуре 900°С, £ = 0.11.
Рис. 2. Структура перлита стали У8 после деформации при температуре 750°С, £ = 1.3: а - светлопольное изображение; б - темнопольное изображение в рефлексе g = 121ц ; в - темнопольное
изображение в общем для феррита и цементита рефлексе g = 101ф = 211ц.
колонии. В одной из колоний (в верхней части рис. 1) видны оборванные фрагменты пластин цементита. В некоторых участках пластины цементита изогнуты.
На рис. 2а представлен фрагмент перлитной колонии образца № 5, деформированного при температуре 750°С. Особенностью представленного фрагмента является наличие повышенной плотности дефектов внутри цементитных пластин и значительно меньшей плотности их в ферритной составляющей. Электронно-дифракционный анализ показал, что рефлекс феррита g = 101ф совпа-
дает с цементитным рефлексом g = 211ц, а направление феррита [020]ф практически параллельно
направлению цементита [ 132 ]ц, следовательно, в данной колонии реализовались о.с. П-П. След плоскости габитуса ( 215 )ф на плоскости фольги ( 313 )ф совпадает с кристаллографическим направлением [ 130 ]ф. Межфазная граница феррит/цементит изогнута, что является характерной особенностью структуры перлита после данных режимов деформации. Еще одной характерной чертой структуры перлита является наличие сложного периодического деформационного контраста внутри цементитных пластин. Известно [15], что в областях с высокой плотностью дислокаций и значительными искажениями кристаллической решетки возможно образование муарового узора. Однако анализ нескольких темнопольных изображений одной и той же цементитной пластины, полученных в различных рефлексах, показывает, что полосчатый деформационный контраст на рис. 2 не может быть объяснен только появлением муара. В цементитных пластинах наблюдаются также параллельные полосы, которые по внешнему виду похожи на планарные дефекты (показаны стрелкой на рис. 26). Подобные планарные дефекты были нами обнаружены в цементите пластинчатого перлита после изотермического распада аустенита [6, 7]. Часто в цементитных пластинах присутствуют дислокации, которые проходят от одной межфазной границы к другой (рис. 2а). Погасание контраста от этих дислокаций наблюдали на темнопольном изображении в рефлексе феррита g = 101ф, совпадающем с цементитным рефлексом g = 211ц (рис. 2в). Исходя из условия погасания контраста g ■ b = 0 вектор Бюргерса в
цементите был определен равным Ьц = [ 011 ].
На рис. 3 а показано светлопольное изображение структуры образца № 1, деформированного на £ = 1.3 при 900°С. В ферритной матрице видны одиночные дислокации, плотность которых невелика. По-видимому, эти дислокации наследуются из аустенита при фазовом переходе, который в стали У8 проходит с достаточно высокой скоростью. Образовавшиеся в процессе горячей деформации дисклокационные субграницы в аустените также наследуются ферритной матрицей при перлитном превращении (отмечена СГ на рис. 3а). На рис. 36 и 3в показана внутренняя субструктура цементита. Видно, что относительно субграницы наблюдается разориентировка верхней и нижней частей цементитной пластины. Субграница в одном случае служит мест
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.